Характеристика способів і методів утилізації боєприпасів і вибухових речовин. Розробка математичних моделей прогнозування деструкції тринітротолуолу і гексогену. Дослідження універсального екологічно безпечного способу утилізації токсичних відходів.
Аннотация к работе
Актуальність теми дослідження визначається необхідністю утилізації вибухових речовин і забезпечення екологічної безпеки України. Їх утилізація складає важливу технічну складову комплексу заходів щодо зниження ризику їх неконтрольованого розповсюдження і забезпечення екологічної безпеки навколишнього природного середовища і населення. Одним з можливих шляхів вирішення проблеми утилізації речовин, що містять гексоген і тринітротолуол, є використання нової технології, переваги якої полягають в простоті апаратурного оформлення і протіканні процесу, у відносно невисоких експлуатаційних витратах і забезпеченні екологічної безпеки. Метою дисертаційної роботи є розробка способу утилізації тринітротолуол-і гексогенутримуючих відходів, що утворюються при виробництві і переробці боєприпасів, шляхом зниження концентрації токсичних сполук до екологічно безпечного рівня. Полягає в тому, що особисто ним були самостійно визначені існуючі методи й способи утилізації боєприпасів [4 - 6], розглянутий процес деструкції тринітротолуол і гексоген утримуючих відходів [7, 10 - 12], розроблена математична модель прогнозування деструкції тринітротолуолу й гексогену на основі фізико-хімічних параметрів відходів і початкової концентрації вибухових речовин [9 - 13], розроблена математична модель прогнозування деструкції тринітротолуолу та гексогену на основі термохімічних параметрів вермикультури та початкової концентрації вибухових речовин [8, 14], розроблена структурна схема ділянки для утилізації тринітротолуолу й гексогену [1 - 3, 15, 16].Приймаючи кількість бактерій в момент часу t рівною N, природну швидкість загибелі за 1 годину рівною а, рівняння числа загиблих бактерій природним шляхом прийме вигляд Для виведення рівняння зміни маси тринітротолуолу і гексогену приймається, що швидкість переробки вибухових речовин (ВР) бактеріями дорівнює w, і в момент часу t маса залишкових вибухових речовин - m, кількість бактерій - N, тоді за час ?t Результати розвязання системи методом Рунге-Кутта для різних початкових концентрацій тринітротолуолу й гексогену показали, що після 13 діб ефективної безперервної роботи мікроорганізмів процес переробки даних речовин практично відсутній. Рівняння переробки тринітротолуолу і гексогену залишається попереднім, тому математична модель для другого етапу роботи вермикультури прийме вигляд системи рівнянь (15), (15) де N - кількість бактерій в момент часу t; Подрібнення підсилює контакт між асоціацією мікроорганізмів і органічними залишками, таким чином забезпечуючи максимальну інтенсивність і швидкість процесу первинного розкладу вибухових речовин (найбільш рентабельним матеріалом для утилізації речовин, що містять ТНТ і гексоген, є деревна тирса листяних порід, сіно); змішування подрібнених стерильних рослинних залишків з тринітротолуолом і гексогеном до спеціальної фільтраційної карти; доведення вологості суміші до 80 %; засівання суміші заздалегідь підготовленою накопичувальною культурою мікроорганізмів.У дисертації приведені результати досліджень і виконаних розробок, що характеризують стан проблеми деструкції токсичних відходів, що утворюються при виробництві та переробці боєприпасів. Отримані результати дозволяють використовувати нові методичні і технічні підходи до вирішення комплексної сумарної науково-технічної проблеми утилізації вибухових речовин. Аналіз існуючих на сьогодні способів і методів утилізації боєприпасів, вибухових матеріалів свідчить, що їх реалізація супроводжується утворенням великої кількості токсичних відходів, що істотно ускладнює вирішення питань забезпечення екологічної безпеки окремих підприємств і територій. Найбільший ефект деструкції тринітротолуолу, гексогену, а також зниження мутагенності вибухових речовин досягається при компостуванні і дотриманні температурного, вологістного режиму, певної концентрації косубстрату. Вперше розроблено математичні моделі прогнозування деструкції тринітротолуолу, гексогену й прогнозування деструкції тринітротолуолу й гексогену вермикультурою.
План
Основний зміст роботи
Вывод
У дисертації приведені результати досліджень і виконаних розробок, що характеризують стан проблеми деструкції токсичних відходів, що утворюються при виробництві та переробці боєприпасів. Отримані результати дозволяють використовувати нові методичні і технічні підходи до вирішення комплексної сумарної науково-технічної проблеми утилізації вибухових речовин.
Основні результати досліджень зводяться до наступного: 1. Аналіз існуючих на сьогодні способів і методів утилізації боєприпасів, вибухових матеріалів свідчить, що їх реалізація супроводжується утворенням великої кількості токсичних відходів, що істотно ускладнює вирішення питань забезпечення екологічної безпеки окремих підприємств і територій. Складність проблеми утилізації боєприпасів полягає у відсутності виробничих потужностей для їх роззнарядження і переробки. Найбільш прийнятною, з позиції забезпечення екологічної безпеки, на сьогодні є технологія утилізації вибухових речовин деструкцією.
2. Деструкція вибухових речовин монокультурами в аеробному або анаеробному режимі відбувається переважно реакцією денітрації з утворенням похідних тринітротолуолу і гексогену. Найбільший ефект деструкції тринітротолуолу, гексогену, а також зниження мутагенності вибухових речовин досягається при компостуванні і дотриманні температурного, вологістного режиму, певної концентрації косубстрату. Виходячи з аналізу зарубіжного досвіду деструкції, показана необхідність в розвитку подальших досліджень мікробіологічної деструкції гексогену і тринітротолуолу.
3. Вперше розроблено математичні моделі прогнозування деструкції тринітротолуолу, гексогену й прогнозування деструкції тринітротолуолу й гексогену вермикультурою. Перша є аналітичною залежністю строків проведення процесу в залежності від первісної концентрації вибухових речовин і фізико-хімічних параметрів відходів. Друга є аналітичною залежністю строку проведення процесу від концентрації тринітротолуолу, гексогену й термохімічних параметрів середовища (температури й вологості фільтраційного середовища).
4. Розроблений універсальний екологічно безпечний спосіб утилізації токсичних відходів, що утворюються при виробництві і переробці боєприпасів, що припускає проведення трьох етапів: етап I - підготовчий, етап II - деструкція, етап III - деструкція тринітротолуолу і гексогену за допомогою вермикультури. У результаті відбувається зниження концентрації тринітротолуолу і гексогену до екологічно безпечного рівня.
5. Результати експериментів показали збіжність теоретичних положень із експериментальними даними. Максимальна помилка чисельного рішення для тринітротолуолу не перевершує 18 %, для гексогену 20 % відповідно, для вермикультурного етапу утилізації гексогену й тринітротолуолу не перевершує 15 %, що укладається в довірчий інтервал, що підтверджує вірогідність розроблених математичних моделей.
- Пат. 12733 Україна. Універсальний спосіб утилізації звичайних боєприпасів, що містять тротил і/або гексоген / А.Н. Баранов, М.В. Гавриш, Н.М. Дербасова, М.М. Кисельов, К.В. Ерьомін. - Надрук. 15.02.2006, Бюл. № 2.
Опубліковані статті: 1. Дербасова Н.М. Комплексная утилизация техногенных отходов / Н.М. Дербасова, В.А. Сафонов, Н.М. Киселев, М.В. Гавриш // Зб. наук. праць СНУЯЕТАП. - Севастополь: СНУЯЕТАП, 2005. - Вип. 14. - С. 48 - 51. (автором визначені етапи способу деструкції токсичних відходів)
2. Дербасова Н.М. Утилизация взрывчатых веществ с использованием биотехнологии / Н.М. Дербасова, М.В. Гавриш // Зб. наук. праць СНУЯЕТАП. - Севастополь: СНУЯЕТАП, 2005. - Вип. 16. - С. 110 - 113. (Автором визначені методи й способи утилізації боєприпасів)
3. Дербасова Н.М. Экологически безопасная деструкция тринитротолуол- и гексогенсодержащих отходов ассоциацией микроорганизмов и возможный механизм ее протекания / Н.М. Дербасова, Г.В. Жданова // Зб. наук. праць Севастопольського військово-морського ордена червоної зірки ін-ту ім. П.С. Нахімова. - Севастополь: СВМІ ім. П.С. Нахімова, 2010. - Вип. 4 (4). - С. 168 - 174. (автором запропоновано можливий механізм деструкції тринітротолуол- і гексогенутримуючих відходів)
4. Дербасова Н.М. Характеристика активных штаммов микроорганизмов, входящих в ассоциацию деструкторов тринитротолуола и гексогена / Н.М. Дербасова, Э.П. Тархова, М.В. Гавриш // Зб. наук. праць СНУЯЕТАП. - Севастополь: СНУЯЕТАП, 2010. - Вип. 2 (34). - С.99 - 108. (автором дана характеристика асоціації мікроорганізмів)
5. Дербасова Н.М. Микробиологическая деструкция инсектицида дихлордифенилтрихлорметилметана (ДДТ) / Н.М. Дербасова, М.М. Дивизинюк, Е.А. Емец, О.А. Сербина // Зб. наук. праць Севастопольського військово-морського ордена червоної зірки ін-ту ім. П.С. Нахімова. - Севастополь: СВМІ ім. П.С. Нахімова, 2007. - Вип. 2 (12). - С. 247 - 250. (автором рекомендовано спосіб деструкції токсичних відходів)
6. Дербасова Н.М. Исследование возможности очистки сточных вод производства вермикультивированием / Н.М. Дербасова, М.М. Дивизинюк // Вестник национ. технич. ун-та Украины „Киевский политехнический институт”. Машиностроение. - К.: НТУУ „КПИ”, 2007. - С. 310 - 314. (автором досліджена очистка стічних вод вермикультивуванням)
7. Дербасова Н.М. Исследование эффективности очистки тринитротолуолсодержащих взрывчатых веществ микробиологической деструкцией / Н.М. Дербасова, И.В. Мазепа // Фізика і хімія твердого тіла. - Прикарпатський націон. ун-т ім.. Василя Стефаника, 2010. - Вип. 1 (11). - С.254 - 259. (автором розглянуто процес деструкції тринітротолуол-відходів, розроблена експериментальна установка)
9. Дербасова Н.М. Математическая модель биодеструкции гексоген- и тринитротолуолсодержащих веществ / Н.М. Дербасова, М.М. Дивизинюк // Техногенно-екологічна безпека та цивільний захист. - Київ-Кременчук, 2010. - Вип. 2. - С. 40 - 45.
10. Дербасова Н.М. Оценка эффективности микробиологической очистки промышленных сточных вод / Н.М. Дербасова, М.В. Гавриш, С.Б. Смирнов // Сб. науч. трудов междунар. науч.-техн. конф. под общ. ред. к.т.н. В.Ф. Костенко, А.И. Абрамовича. - Х.: УКРВОДГЕО, 2010. - С. 218 - 227. (автором аналізовано процес деструкції тринітротолуол і гексоген стічних від)
11. Дербасова Н.М. Анализ возможных факторов влияния биотехнологии утилизации гексогена на окружающую среду / Н.М. Дербасова, О.П. Гавриш // Зб. наук. праць СЕВНТУ. - Севастополь: СЕВНТУ, 2007. - Вип. 8. - С. 203 - 209. (автором проаналізовані чинники впливу процесу деструкції на навколишнє середовище)
12. Дербасова Н.М. Утилизация высокотоксичных отходов // Актуальные проблемы транспортной медицины: Науч. журнал. - Одеса. - № 3 (5). - с. 115 - 118. (приведений спосіб деструкції відходів, що містять тринітротолуол і гексоген)
Опубліковані тези доповідей: 1. Дербасова Н.М., Сафонов В.А. Утилизация высокотоксичных отходов // Матер. I Міжнар. молодіж. екологіч. форуму, 4 - 7 квітня 2006 р. - Славутич: ЦПП ДСП «ЧАЭС», 2006. - С. 49 - 50.
2 Дербасова Н.М., Сафонов В.А. Утилизация чрезвычайно опасных отходов на примере биологической деструкции взрывчатых веществ, содержащих в своем составе гексоген // Екологічні проблеми регіонів України: Матер. VIII Всеукр. наук. конф. студентів, магістрантів і аспірантів, 19/20 квітня 2006 р. - Одеса: ОДЕКУ, 2006. - С. 73 - 75.